2.5.1 Обзор технологичности детали

В данном разделе проводится разработка круглой протяжки для обработки цилиндрического отверстия ведущего шкива клиноременной передачи. Шкив устанавливается на выходной вал электродвигателя. Данная клиноременная передача является элементом привода главного движения токарного полуавтомата.

В ходе выполнения работы необходимо произвести расчет основных параметров протяжки и оформить конструкторский чертеж.

В качестве материала для изготовления ведущего шкива используется качественная конструкционная сталь - Сталь 45 ГОСТ 1050-88.

Патрон быстросменный автоматический по ГОСТ 16885-71.

Сталь 45 хорошо обрабатывается лезвийным инструментом.

В качестве смазочно-охлаждающей жидкости назначаем сульфофрезол.

Длина протягиваемого отверстия l_отв = 84 мм.

После протягивания шероховатость поверхности должна быть не грубее чем Ra 1,25 мкм (согласно требованию конструкторского чертежа). После протягивания необходимо получить отверстие по седьмому квалитету точности с полем допуска Н7. Таким образом, необходимо получить из предварительно обработанного (чернового) отверстия окончательно отверстие Ш 38 Н7 (^+0,025).

2.5.2 Определение основных параметров протяжки

Предварительно в заготовке из Сталь 45 ГОСТ 1050-88 (у=700 МПа) выполнено центральное отверстие диаметром 36 Н14 мм.

Припуск на диаметр под протягивание определяем по формуле:

A = D - D_о (50)

где: А - припуск на диаметр, мм;

D - окончательный диаметр, мм;

D_о - диаметр предварительно обработанного отверстия, мм.

А = 38 - 36 = 2

Длина протягиваемого отверстия l_пр= 84 мм. Уточняем величину припуска на сторону под протягивание цилиндрических отверстий. Припуск под протягивание отверстия длиной от 50 до 80 мм и диаметром начиная от 30 до 50 мм:

- после сверления отверстия, не менее 1,0 мм;

- после расточки или зенкерования должен быть не менее 0,6 мм.

Окончательно назначаем припуск под протягивание А = 1 мм. Уточняем диаметр предварительного отверстия под протягивание:

D_о = D - А = 38 - 1 = 37 мм.

Определение величины "подъема на зуб”

Следующим действием необходимо подобрать подъем на зуб на сторону S_z. Величину S_z, можно также определить по нормативам режимов резания для протягивания.

При обработке углеродистой конструкционной стали, величина подъема на зуб S_z на сторону круглой протяжки должна находится в пределах

S_z = 0,025 0,03 мм.

Принимаем окончательно S_z= 0,03 мм.

Между режущими и калибрующими зубьями делают несколько (два - четыре) зачищающих зубьев с постоянно убывающим подъемом на зуб. Принимаем количество зачищающих зубьев - три. Подъем на зуб распределяем следующим образом:

- первый зуб

1/2S_z = 1/20,03 = 0,015 мм;

- второй зуб

1/3S_z = 1/30,03 = 0,01 мм;

- третий зуб

1/6S_z = 1/60,03 = 0,005 мм.

Профиль, размеры зуба и стружечных канавок между зубьями выбирают по [12, табл.9. с.156] в зависимости от площади слоя металла, снимаемого одним режущим зубом протяжки. Необходимо, чтобы площадь сечения стружечной канавки между зубьями отвечала условию:

, (51)

где: k = 2.5;

F_k - площадь сечения канавки, мм²;

F_c - площадь сечения среза металла, снимаемого одним зубом, мм² и определяемая по формуле:

F_c = l_uS_z, (52)

где: l_u - длина протягиваемого отверстия.

Определяем площадь сечения среза металла:

F_c = 840,03 = 2.52 мм²;

Находим площадь сечения канавки по формуле (53):

F_к = kF_c, (53)

F_к = 2.52,52 = 6.3 мм².

Пользуясь [12, табл.9, стр.211] для стандартного большего ближайшего значения F_к = 7.0 мм², при прямолинейной форме стружечной канавки зуба принимаем для черновых зубьев:

- шаг протяжки t_ч = 8 мм;

- глубина канавки h _ч = 2,7 мм;

- длина задней поверхности b_ч = 3.5 мм;

- радиус закругления канавки r = 1,5 мм.

Для получения лучшего качества обработанной поверхности шаг режущих зубьев протяжки делают переменным и определяют придерживаясь следующей рекомендации: от t + (0,2…1) до t - (0,2…1). Принимаем изменение шага от ±0,2 мм. Тогда:

первый смежный шаг:

t_k = 8+0,2 = 8,2 мм,

второй смежный шаг

t_k = 8-0,2 = 7,8 мм.

Основные размеры профиля черновых и зачищающих зубьев в соответствии с рисунком 14.

Рисунок 14 - Основные размеры профиля черновых и зачищающих зубьев

Шаг калибрующих зубьев t_k круглых протяжек принимаем из расчета 0,60,8 шага черновых режущих зубьев. Для данного примера принимаем t_k= 0,8t_ч = 0,87 = 5,6 мм [11].

Пользуясь [13, табл.9, стр.289] при прямолинейной форме стружечной канавки зуба размеры профиля калибрующих зубьев протяжки:

- шаг протяжки t_к = 6 мм;

- глубина канавки h_к = 2,0 мм;

- длина задней поверхности b_ч = 2,5 мм;

- радиус закругления канавки r = 1,0 мм.

Фаска f на калибрующих зубьях плавно увеличивается от первого зуба к последнему с 0,2 до 0,6 мм. Основные размеры профиля калибрующих зубьев в соответствии с рисунком 15.

Рисунок 15 - Основные размеры профиля калибрующих зубьев

Геометрические элементы лезвия режущих и калибрующих зубьев выбираем: г = 15^о; б = З^о30^/; б_к = 1^о. Число стружкоразделительных канавок и их размеры выбираем [11, табл.11, стр.344]. Предельное отклонение передних углов всех зубьев ±2^о, задних углов режущих зубьев ±30^/; задних углов калибрующих зубьев ±15^/.

Определяем максимальное число одновременно работающих зубьев по формуле (54):

, (54)

где:

l_{u -} длина протягиваемого отв.; l_u = 84 мм

t - шаг протяжки; t = 8;

зубьев.

Диаметр первого зуба равен диаметру передней направляющей части протяжки:

D₃ = D - А, мм, (55)

где: D - диаметр протягиваемого отв.

А - припуск на обработку

D₃ = 38-1 = 37 мм.

Диаметр каждого последующего зуба увеличиваем на 2S_z (подъём зуба). На последних трех зачищающих зубьях, предшествующих калибрующим зубьям, подъем на зуб постепенно уменьшается по данным определенным выше.

Диаметр калибрующих зубьев определяем с учетом возможности увеличения диаметра при обработке и уменьшения после.

D_к = D_{max -} , мм, (56)

где: = 0,005 мм;

D_max - максимальный диаметр обработанного отверстия, мм;

D_к = 38,025 - 0,005 = 38.02 мм.

Определяем количество режущих зубьев по формуле (57):

, (57)

где: А - припуск на обработку

S_z - подъём зуба

Z_p=.

Количество зачищающих зубьев предварительно принимаем - три.

Число калибрующих зубьев зависит от типа протяжки: для цилиндрической протяжки (обработка отверстий седьмого и восьмого квалитетов) необходимо семь - восемь зубьев.

В данном случае назначаем Z_k = 7.

Окончательно принимаем количество зубьев после уточненного расчета, который сводим в таблицу 12.

В ходе окончательного расчета получилось, для того чтобы снять припуск под протягивание необходимо следующее количество зубьев:

- черновые зубья 7;

- зачищающие зубья 3;

- калибрующие зубья 7;

- общее количество зубьев 27.

Длину протяжки от хвостовика до первого зуба принимаем в зависимости от размеров патрона, толщины опорной плиты, приспособления для зажима заготовки, зазора между ними, длины заготовки и других элементов по формуле (58):

L_o = l_b + l₃ + l_c + l_n + l_н, (58)

где: l_b - длина входа хвостовика в патрон, зависящая от конструкций патрона (принимаем l_b = 160 мм);

l₃ - зазор между патроном и стенкой опорной плиты станка, равной 5-20 мм (принимаем l₃ = 15мм);

l_c - толщина стенки опорной плиты (принимаем l_c = 65 мм);

l_n - высота выступающей части (l_n = 30 мм);

l_н - длина передней направляющей (с учетом зазора Д); l_н = 84.

l_o = 160 +15 + 65 + 30 + 84 = 354 мм.

Окончательно длину хвостовика протяжки от торца да первого зуба уточняем при прорисовке и оформлении рабочего чертежа протяжки.

Длину хвостовика надо проверить графически во время вычерчивания рабочего чертежа протяжки. Затем длину l_o следует проверить с учетом длины протягиваемой заготовки согласно [13, табл.13, стр.312]: l_o ? L_c; так как в нашем случае h^/ = l_u= 84 мм, то L_c= 220 + h^/, L_c = 220 + 84 = 304 мм.

Принимаем l_o= 354 мм.

Выбираем конструктивные размеры хвостовой части протяжки, опираясь на справочные материалы. По ГОСТ 4044-70 принимаем хвостовик типа 2, без предохранения от вращения с наклонной опорной поверхностью [14, табл.4, стр.215]; Параметры хвостовика принимаем следующие:

d₁ = 36e8; d₂ = 28с11; d₄ = 36-1 = 35 мм; с = 1,5 мм; l₁ = 160 мм; l₂ = 32 мм; l₃ = 32 мм; l₄ = 20 мм; r₁ = 0,4 мм; r₂ = 1,6 мм; б = 30^о; диаметр передней направляющей d₅ - принимаем равным диаметру предварительного отверстия заготовки с предельным отклонением по е8: d₅ = 37 е8; длину переходного конуса конструктивно принимаем l_k = 80 мм; длину передней направляющей до первого зуба - l_напр= l_и+25 = 84+25 = 109 мм. Принимаем l_н= 110 мм.

Таким образом, полная длина хвостовика в соответствии с рисунком 16.

l_{o полн}= l₁+l_k+l_напр, мм, (59)

где:

l_{1 -} длина входа хвостовика в патрон

l_{k -} длина переходного конуса

l_напр - длина направляющей

l_{o полн} = 160+80+110 = 350 мм.

Диаметр задней направляющей протяжки должен быть равен диаметру протянутого отверстия с предельным отклонением по f7, прочие размеры задней направляющей назначаем по таблице 14 [13]: длина задней направляющей l_зн= 35 мм; размер фаски t = 1,5х45.

Таблица 12 - Основные параметры зубьев протяжки

Определяем предварительно длину протяжки предварительно по формуле (60):

L_o = l_o+l_pч+l_зч+l_kч+l_зн, мм, (60)

где: l_o = 350 мм;

l_pч - длина рабочих (режущих) зубьев.

l_pч = tZ_p = 817 = 216 мм;

l_зч - длина зачищающих зубьев;

l_кч - длина калибрующих зубьев;

L_o = 350+216+24+49+35 = 678 мм.

Рисунок 16 - Хвостовик протяжки под быстросменный автоматический патрон

На задней направляющей выполнен хвостовик для патрона, который необходим для перемещения протяжки в исходное направление. Эскиз задней хвостовой части в соответствии с рисунком 17

Рисунок 17 - Эскиз задней направляющей протяжки

2.5.3 Проверка протяжки на прочность

Максимально допустимая главная составляющая силы резания определяется согласно приведенной ниже формуле (61):

P_{z max} = 9,81 С_р S_z D Z_max K_г K_c K_u. (61)

где: C_{p -} эмпирический коэффициент

S_z - подача на зуб

D - диаметр отверстия

Z_max - число зубьев протяжки

Поправочные коэффициенты на измененные условия резания:

K_r = 1 (для г=15^о);

K_c = 1 (при применении смазочно-охлаждающей жидкости);

K_u= 1 (для зубьев протяжки со стружкоразделительными канавками). Тогда сила резания:

P_{z max} = 9,817000,03^0,853712111 = 154775,809 Н.

Рассчитываем конструкцию протяжки на разрыв в наиболее опасном сечение, таким сечением является впадина первого зуба. Условие прочности выглядит следующим образом:

, (62)

где:

F - площадь опасного сечения хвостовика;

д - напряжение в опасном сечении (если площадь опасного сечения хвостовика F_x‹F, то расчет надо вести по F_x);

(63)

где: D₃ - диаметр отверстия

h_ч - высота профиля зуба

мм^2,д = P_{z max} /F (64)

где: P_z - сила резания

F - площадь опасного сечения хвостовика

д =х10⁶ Па (197 МПа).

Напряжение в опасном сечении д не должно превышать допускаемого напряжения (для круглых протяжек выполненных из быстрорежущей стали [д] = 350 МПа). Условия прочности выполняются д < [д].

Проверка прочности хвостовика на смятие

Проведем аналогичный расчет для сечения хвостовика (D₂ = 28).

д_см = МПа.

Условие прочности выполняется. Прочность обеспечена.

Рассчитаем хвостовик на смятие. Условие прочности на смятие выглядит следующим образом:

, см, (65)

где: F₁ - опорная площадь замка;

F₁=мм², (66)

F₁=мм².

Откуда допустимое напряжение при смятии:

д_см= МПа.

Допустимое напряжение на смятие не должно превышать 600 МПа, что выполняется. Для данных условий работы режущую часть протяжки изготавливают из стали Р6M5, а хвостовик из стали 40Х.

2.5 4 Технические требования

Предельные отклонения на основные элементы протяжки и другие технические требования назначаем по ГОСТ 28442-90

Центровые отверстия выполняем по ГОСТ 14034-74, форма В [15].

По приведенному расчету выполняем рабочий чертеж протяжки с указанием основных технических требований.

Материал режущей части протяжки - быстрорежущая сталь Р6М5 или другой марки по ГОСТ 19265-73 [15].

Материал хвостовой части - Сталь 40Х ГОСТ 4543-71.

Твердость:

режущей и задней направляющей части 63….66 HRC_э;

передней направляющей части 61….66 HRC_э;

хвостовой части 43….51 HRC_э.

Центровые отверстия выполнить по форме В, ГОСТ 14034-74.

Протяжка должна удовлетворять техническим требованиям по ГОСТ 9126-76.

Общие допуски по ГОСТ 30893.1-2002: h14, .

Маркировать: диаметр протяжки, квалитет поля допуска отверстия, пределы длин протягивания, марку стали протягиваемого изделия, значение переднего угла, марку стали рабочей части, товарный знак завода-изготовителя (38Н7-50-90-Сталь45 - - Р6М5)

3. Технологическая часть

3.1 Описание конструкции детали и ее назначение